Одно из главных явлений в наномире – зависимость свойств наночастиц от их размера, так называемый «размерный эффект». При уменьшении размера меняются различные свойства – оптические, электронные, химические, термодинамические. Последние – благодаря тому, что маленькие частицы находятся под дополнительным, поверхностным давлением, которое для сферических частиц радиуса r равно:
где σ – поверхностное натяжение на границе с окружающей средой. Это давление увеличивает энергию Гиббса на величину PповV и, как следствие, влияет на температуры плавления, кипения, растворимость, окислительно-восстановительные свойства.
1. В какую сторону смещается равновесие в насыщенном растворе X(тв) ⇄ X(р-р) при измельчении частиц X(тв) до нанометровых размеров? Объясните.
Зависимость растворимости наночастиц в воде от их радиуса, s(r) описывается уравнением:
где s(∞) – обычная растворимость объемной фазы вещества, Vm – молярный объем.
2. Используя приведенные ниже данные, определите, при каком размере частиц пирита его растворимость превысит растворимость обычной объемной фазы: а) на 1%, б) в 1000 раз?
3. Каков должен быть размер частиц AgBr, чтобы его растворимость (в моль/л) стала такой же, как у AgCl (объемной фазы)?
Поверхностное давление влияет и на окислительно-восстановительные свойства твердой фазы. При уменьшении размера частиц металла стандартный электродный потенциал Men+/Me уменьшается и восстановительная способность металла растет:
F = 96500 Кл/моль – постоянная Фарадея.
4. Каков должен быть размер частиц серебра, чтобы оно растворялось в кислотах при pH = 0 с выделением водорода? Для серебра стандартный электродный потенциал
Справочные данные (температура – 298 К):
